高分子变色材料

电致变色材料

摘要简要介绍光致变色材料的历史及展望，重点讲述电致变色显色材料的要求和种类及电致变色玻璃工作原理。

关键字

显色材料电致变色玻璃变色原理电致变色应用

引言

自1963年有机电致变发光现象的发现，到上个世纪九十年代人类首次合成聚合物电致发光器件，开创了高分子电致变材料的研究的新局面，同时也带动了电致变材料产业化的发展。而随着人们对电致变材料越来越深入的了解与研究，人们发现，电致变材料在将来必将发挥重要作用。

1 电致变色显色材料

电致变色是指由于材料的吸收波长在外电场的作用下产生了可逆的颜色变化的现象。这种变化是可逆的连续可调的。颜色的连续可调意味着透过率、吸收率、反射率三者比例关系的可调[1,3,4,12]。电致变色显色材料对材料的要求很高，一般材料要具备的条件有：（1）颜色的变化是可逆的;(2)颜色的变化清楚、对比度好；（3）颜色的可逆变化可以多次重复发生，即具有一定的循环实用寿命；（4）灵敏度高，少量的电量也能使其颜色发生变化;(5)具有一点的存储特性，即使没有电流流过也能长时间保持颜色[1,4,5]。按材料的分类方式不同电致变材料可以分为有机和无机两大类。无机电致变材料重要指过渡金属的氧化物，其中以钨和矾的氧化物的使用较为普遍，无机电色材料的电化学变色性利用了氧化物中金属离子的价态变化，它与简单的氧化一还原反应有着重大区别首先，在电场的作用下将电子注入到无色的Wo3薄膜使之变为蓝色的HxWo3；施加反向电压后可使薄膜从蓝色变为无色，整个过程是可逆进行的[3,4,6]。无机致变材料的特点是反应响应迅速，但是无机材料呈脆性，不易加工成大面积的器件。因此，人们有必要寻求更好的变色材料。由此有机高分子电致变色材料应运而生，并且以其良好的柔韧性和易于加工的特点，而且一般是具有多变色体系，因此有望制成大面积的柔性电致变色器件而倍受关注。有机电致变材料主要有两大类：一类以聚酞菁络合物为主的酞菁类化合物，另一类是π共轭的高分子。其中酞菁是一种

18π电子体系的大环共轭平面配合物，具有α型、β型等多种晶型，与金属Fe，Co，N等络合后有颜色变化[4,7]。

1.1 用作电致变色显色的导电高分子材料的种类

（1）聚苯胺类电显色材料聚苯胺具有可逆的氧化还原特性，具有四个不同的氧化还原态。当其处于完全还原态时为透明色，再而到中间氧化态的黄色或绿色，再到高氧化态，最后是完全氧化盐的深绿色或黑色[4,8]。

（2）聚吡咯电显色材料其变色原理主要是由蓝紫色的氧化体电场作用下变为黄色的还原体的，而经过掺杂后随电化学氧化还原和PH的变化，可以显色四种颜色，材料还具有很好的稳定性[4,9]。

（3）聚噻吩电显色材料聚噻吩材料可以在红色到蓝色之间变化，响应时间仅用50ms，同时它也是掺杂类的聚合物[4,10]。

2 电致变色玻璃

利用电致变材料的特性构造的玻璃称为电致变色玻璃。带你致变色玻璃具有对光、热的动态可调性，由此制成智能窗用于房屋的自动采光控制，使室内冬暖夏凉，减轻空调负荷达到节约能源的目的。具有这种特点的玻璃还可以应用于汽车上，通过调节透光率保持驾驶室内光强适度，有利于驾驶员安全驾驶。电致变材料的的结构及其工作原理类似于一个电极颜色能随充放电过程发生可逆转换的超薄电池。其结构从上到下分为透明导体（GS）、电致变色层(EC)、离子导体(EL)、对电极(CE)、透明导体(GS)。各个薄层的作用分别为：透明导电层(TC)——作器件与外电源之间的电接触，常用ITO膜或SnO2膜；电致变色层(EC，也叫工作电极)——发生氧化还原反应产生颜色变化；电解质层(EL)——提供电色材料所需的补偿离子，或者说要和EC材料兼容；对电极层(CE)——存储电致变层发生氧化还原反应时相应的反离Array子。显色一消色”过程伴

随着电子转移和保持材

料电中性的离子传导。一

般电致变色薄膜采用多

层结构，在两层透明导体

电致变色玻璃原理示意图[11]

中交替填充着电致变色

层、离子导体和对电极三层活性薄层。处于中间的离子导体作为电解质起着把自由离子从

储电层(对电极)传输到电致变色层的作用，此时薄膜将由透明变为不透明。电致变材料的基本性能是可以随着所加电压的不同而变化不同的颜色，作为一种实用性材料要求其具备的特点有：颜色变化的可逆性，保证能根据需要的反复使用；颜色变化的方便性和灵敏性，可以迅速控制颜色变化；颜色深度的可控性；颜色的记忆功能；所需要的驱动电压低，达到安全节能的目的；多色性，大大增加其使用价值；环境适应性强等[1,2,3,11]。

3 电致变色材料的应用

高分子电致变材料的应用相当的广，就目前而言主要有，电致变智能玻璃、电致变显示器、电致变后视镜等等。

4 结束语

随着人们对电致变材料的越来越深入的了解，我想在不久的将来电致变材料必定更加的造福全人类。就我自己知道的来看，像城市中的光污染现象就可以利用电致变材料进行有效的降低其影响。最后，因为自己能力有限对于这种材料还有许多的不了解，因此本文不能比较全面的说明电致变材料的所有，希望见谅。而且十分感谢所有有所参考的有关资料。

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